Física, la ciencia que lo explica todo
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El documento proporciona información sobre la física. Brevemente, define la física como la ciencia que estudia la estructura de la materia y las interacciones fundamentales del universo, y cubre una amplia gama de escalas, desde lo más grande hasta lo más pequeño. Además, describe algunas de las habilidades que adquiere un físico y áreas de investigación de físicos en la Universidad de Extremadura.
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- 9. ¿Qué tipo de habilidades y destrezas adquiere un físico? Posee destreza experimental Es capaz de identificar los elementos esenciales de un problema complejo Tiene conocimientos avanzados de informática y matemáticas Desarrolla una buena capacidad de análisis y síntesis Aplica un razonamiento crítico Es capaz de aprender autónomamente Es hábil en la resolución de problemas
- 10. ¿Cuál es la situación laboral de los físicos en Encuesta sobre licenciados en los últimos 5 años España? Situación laboral 9% 10% 33% 6% 16% 26% Trabajo relacionado con los estudios Trabajo no relacionado con los estudios Amplía estudios Paro y ha trabajado Busca primer empleo Otra
- 11. Empleos por sector Encuesta sobre licenciados en los últimos 5 años 8% 9% 28% 19% 6% 2% 4% 24% Docencia universitaria Docencia no universitaria Administración pública Banca, finanzas y seguros Consultoría Informática y telecomunicaciones Industria Otros Dato relevante: 50% en trabajos NO docentes
- 12. ¿Cuál va a ser la estructura de los estudios de Física a partir del próximo curso? Grado totalmente adaptado al proceso de Bolonia 4 años 240 créditos ECTS 90 créditos obligatorios y 30 créditos optativos compartidos con el grado en Matemáticas Realizando 120 créditos adicionales pueden obtenerse ambos grados (Física y Matemáticas)
- 13. 2o Semestre 1er Curso Física I Química I Cálculo I Álgebra lineal I Téc. Exp. en Física Física II Química II Cálculo II Álgebra lineal II Estadística 2o Curso Ecuac. diferenciales Met. computacionales I Óptica I Termodinámica I Mecánica y Ondas I Variable compleja Met. computacionales II Lab. Mecán. y Termod. Termodinámica II Mecánica y Ondas II Comunes con Matemáticas 1er Semestre
- 14. 1er Semestre 2o Semestre 3er Curso Electromagnetismo I Óptica II Física Cuántica I Optativa 1 Optativa 2 Electromagnetismo II Lab. Óptica y Electrom. Física Cuántica II Física Estadística Electrónica 4o Curso Física Estado Sólido Mecánica Cuántica Lab. Electrónica Astrofísica Prácticas externas/Opt. Fís. Nuclear y de Partíc. Lab. Física Moderna Optativa 3 Optativa 4 Trabajo Fin de Grado
- 15. Lista de asignaturas optativas (a elegir 5) 1. Propias del grado en Física • Física de la Atmósfera • Física de fluidos • Laboratorio avanzado de Física • Ampliación de Física del Estado Sólido • Estudios energéticos 1. Comunes con el grado en Matemáticas • Sistemas dinámicos • Gravitación y Cosmología • Ecuaciones diferenciales en derivadas parciales • Informática • Prácticas externas
- 16. Algunas características relevantes Excelente proporción entre el número de profesores y el número de alumnos. A cada alumno se le asigna desde primer curso un profesor que actúa de tutor a lo largo de la carrera. Le orienta y ayuda sobre elección de asignaturas optativas, servicios universitarios, becas Séneca o Erasmus, problemas administrativos, conflictos con otros alumnos o con profesores, etc.
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- 45. Física sí
Notas del editor
- Las imágenes (obtenidas de http://www.step.es/personales/jms/potenciasdiez/potenciasdiez.htm o, equivalentemente, de google: potencias de diez) muestran de un modo atractivo que la física abarca todas las escalas de tamaños y longitudes. Algunos hitos: 1026 m (tamaño del universo conocido), 1021 m (nuestra galaxia), 1016 m (el sol), 1013 m (sistema solar), 1010 m (órbita de la tierra), 109 m (órbita de la luna), 107 m (la tierra) , 104 m (la ciudad) , 101 m (escala humana), 10-2 m (objetos pequeños pero visibles a simple vista), 10-4 m (objetos miscrocópicos), 10-8 m (escala biomolecular) , 10-10 m (escala atómica), 10-14 m (escala nuclear) , 10-15 m (estructura de los nucleones), 10-16 m (quarks).
- Las imágenes que vienen a continuación ilustran que la física tiene la respuesta a muchos fenómenos que suceden a nuestro alrededor. Estas imágenes están seleccionadas entre las ganadora del concurso que la Asociación Americana de Profesores de Física (AAPT) organiza cada año entre estudiantes de secundaria y bachillerato (high school). Cada participante debe acompañar su foto de un pequeño texto explicativo de la física que hay detrás. En la imagen de la izquierda se ha pinchado un globo de agua en forma de anillo. El globo se rompe tan rápidamente que la masa de agua no ha tenido tiempo de sentir el efecto de la gravedad y todavía aparece suspendida en el aire. En la imagen de la derecha una lata de coca-cola ha sido atravesada por una flecha disparada por un arco desde la derecha.
- En la imagen del imán, éste se ha colocado delante de la pantalla CRT (tubo de rayos catódicos) de un ordenador que mostraría un color verde sin el imán. El campo magnético desvía los electrones, de modo que pueden incidir sobre pixels correspondientes al rojo y al azul.
- En la imagen de la izquierda el chico consigue el equilibrio haciendo que la vertical que atraviesa el centro de gravedad pase por la superficie de apoyo. La imagen de la derecha muestra una membrana de látex alrededor de una lata vacía. Sobre la membrana se ha disparado una bala de pintura.
- Las ondas estacionarias en el vaso son producidas por un altavoz que emite ondas de sonido a 99,2 Hz.
- Esta encuesta y la siguiente corresponden a licenciados que han acabado sus estudios entre 1999 y 2003, ambos inclusive. Las figuras están sacadas del Libro Blanco de la Aneca. Hay que tener en cuenta que, lógicamente, el paro disminuye a medida que aumenta el tiempo transcurrido desde la finalización de los estudios.
- A destacar que aproximadamente la mitad de los licenciados encuestados trabaja en sectores no relacionados con la docencia.
- Esta tabla y la siguiente (excepto que se han cortado para que no empezaran en el 1) se han sacado directamente del informe último de evaluación. En este aspecto sobre la satisfacción con la actuación docente, las tres titulaciones del campus de Badajoz con la mejor valoración son las de Ciencias y Tecnología de los Alimentos, Enología y Física. Hay que tener en cuenta que las titulaciones de Ciencias y Tecnología de los Alimentos y Enología son sólo de segundo ciclo, con un número reducido de alumnos. Así pues, entre las carreras “convencionales” (es decir, de 3 ó de 5 años), Física es la mejor valorada en el campus de Badajoz.
- En este caso, las mejor valoradas son Ciencias y Tecnología de los Alimentos y Física.
- Visión del color: Se investiga en nuevos modelos de la visión del color, haciendo hincapié en los modelos que describen cómo ven los colores las personas con deficiencias en la percepción de los mismos.
- Se investiga en poner a punto nuevas herramientas didácticas que permitan conseguir mejores aprendizajes de la Física. La herramienta didáctica más relevante puesta a punto han sido los Mapas de Experto Tridimensionales que ha obtenido el reconocimiento tanto de la sociedad científica nacional (han sido galardonado con un premio nacional del Ministerio de Educación y Ciencia) como de la internacional (están siendo utilizados por Novak, creador de los Mapas Conceptuales).
- Descripción de la línea de investigación: las estrellas binarias son sistemas de dos estrellas que giran en torno a su centro de gravedad común. Si la inclinación del sistema y los radios de las estrellas son los adecuados, las componentes del sistema experimentan eclipses mutuos de forma periódica. Estos eclipses originan variaciones de brillo de carácter periódico, que pueden medirse en diferentes bandas del espectro visible. El estudio de estos cambios de brillo proporciona información sobre las características geométricas del sistema (inclinación, excentricidad de la órbita relativa, etc) y los parámetros relativos del sistema (relación entre los radios estelares, cociente de las masas de las componentes, etc). También pueden estudiarse los cambios de período originados, por ejemplo, por la presencia de un tercer cuerpo, o por la transferencia de masa entre las dos componentes del sistema si se hallan suficientemente próximas. Esta línea de investigación se desarrolla en el Observatorio Astronómico del Departamento de Física de la UEX, utilizando el telescopio reflector newtoniano de 40 cm y cámaras CCD para la toma de imágenes. En particular, el interés se centra en sistemas binarios de contacto (tipo W UMa), con períodos muy cortos, inferiores al día. Significado de las imágenes: la imagen principal (en un diagrama brillo-tiempo) corresponde a la curva de luz en el filtro V del sistema VV Uma (con período de 0.687 días). Se aprecia claramente la caída de brillo debida al tránsito de la estrella secundaria (la menos masiva y brillante) delante de la estrella primaria (la más masiva y brillante), o mínimo primario, el más intenso, y la debida al eclipse de la estrella secundaria por la primaria, o mínimo secundario, el menos intenso. En la parte superior de la gráfica se muestra un esquema con la disposición geométrica de las componentes del sistema (no a escala) en la parte de la curva de luz inmediatamente inferior. La figura inferior muestra la representación de un sistema binario donde la estrella de la derecha está cediendo materia a la de la izquierda por medio de un disco de acreción situado en el plano ecuatorial de esta última.
- EL Sol es la fuente de energía del planeta Tierra. Las pequeñas variaciones en la energía que recibimos del Sol pueden provocar los más variados fenómenos tanto en la atmósfera terrestre como en su superficie, afectando tanto al clima como a las actividades humanas. Las fotografías muestran una imagen del Sol tomada desde un satélite y una aurora boreal, el resultado en la atmósfera terrestre de una "llamarada" en el Sol.
- Se dispone de tres estaciones en Extremadura (Plasencia, Cáceres y Badajoz) para la medida, tanto de la radiación solar global como ultravioleta. Con los datos obtenidos se pueden realizar diversos estudios, como: Estimar el índice UVI y poder dar información a la población acerca de los niveles de radiación ultravioleta y su grado de peligrosidad. Proponer nuevos modelos para la estimación de radiación solar en otros lugares donde no existan datos. Analizar la influencia de factores moduladores de la radiación UV tales como ozono, nubosidad, aerosoles, ángulo cenital, etc. Validación: de otros modelos existentes de datos estimados mediante satélites
- METEOROLOGÍA POR SATÉLITE: Hasta la llegada de los satélites, la medida de la nubosidad, a pesar de ser el principal control de la radiación solar entrante en el sistema climático, se restringía casi exclusivamente a su observación cada 3 horas y su clasificación subjetiva desde una red de escasos observatorios. Los satélites están permitiendo un mayor conocimiento de la nubosidad. En esta línea de investigación se diseñan algoritmos automáticos de detección y clasificación de la cubierta nubosa.
- MICROMETEOROLOGÍA ANTÁRTICA: Estudio de los regímenes de congelación/descongelación de la capa activa en los suelos permanentemente helados (denominados permafrost) existentes en la Antártida. Estudio de la evolución de la profundidad a que se encuentra dicha capa en relación con el balance energético del suelo, concretamente en relación con los flujos de radiación (solar y terrestre) y demás intercambios energéticos con la atmósfera. Utilidad: Un mejor conocimientos de estos procesos permitirá definir indicadores fiables de cambios climáticos. Aunque no se le reconoce, el de la foto es Agustín
- Es conocido por todos que los fenómenos climáticos y meteorológicos extremos tales como grandes sequías o inundaciones (que aparecen reflejadas en las imágenes) producen enormes desastres que influyen en las vidas de los que los sufren. Nosotros tratamos de estudiar la frecuencia e intensidad de estos eventos a partir de series de precipitación diaria en toda la Península Ibérica, además de las posibles causas climáticas que los pudieran estar condicionando.
- Se dice que un sistema determinista (gobernado por reglas fijas) es caótico cuando su evolución depende sensiblemente de las condiciones iniciales. En concreto, una órbita caótica puede entenderse como aquélla que se ajusta a otra periódica sólo durante un cierto tiempo para ir saltando sucesiva y erráticamente a otras órbitas periódicas a lo largo del tiempo, de forma que el estado asintótico del sistema deviene efectivamente impredecible. La idea del control de caos consiste en aplicar una perturbación periódica de pequeña amplitud al sistema que exhibe dinámica caótica para estabilizar alguna de tales órbitas periódicas inestables. La figura muestra una secuencia temporal de regularización de vórtices en un modelo bidimensional de un fluido sujeto a una excitación periódica de control.
- Se están construyendo motores y transformadores eléctricos en los que los conductores tradicionales (cobre) se han sustituido por materiales superconductores para aprovechar las dos características fundamentales de los mismos: conductividad perfecta y diamagnetismo perfecto. Otras posibles aplicaciones eléctricas son los limitadores de corriente, los almacenadores de energía eléctrica y la levitación magnética (trenes levitantes, por ejemplo)
- No debemos pensar que los problemas asociados al ruido son algo exclusivo de la época actual o a la era industrial. En realidad poseen gran antigüedad y, si buscamos un poquito, podemos encontrar citas al respecto con gran antigüedad, incluso leyendas que datan del 2.000 a.C. En un poema acadio “Atrahasis”, se cuenta cómo los dioses no podían dormir por el ruido insoportable que hacían los humanos, decidiendo castigarlos con un diluvio que los ahogara definitivamente. No obstante, Atrahasis y sus familiares consiguieron salvarse con la construcción de un barco. En esta línea de investigación se realizan estudios de valoración objetiva de contaminación acústica, de efectos sobre la población, sobre la calidad acústica de nuestro entorno, tanto urbano como natural, y se desarrollan métodos y estrategias para esos estudios. Además, como elemento añadido básico se realizan trabajos de investigación sobre características y diseño de espacios cerrados (aulas, teatros, etc.) En la fotografía se muestra un momento del montaje del sistema de medida y grabación, con estación meteorológica asociada, para el estudio de la calidad acústica del Parque de Monfragüe. En la foto, Juan Miguel Barrigón.
- Los medios granulares están constituidos por un número elevado de partículas (o granos) que al colisionar lo hacen de forma inelástica. Son ejemplos de medios granulares la arena de la playa o de las dunas de los desiertos, los granos de cereales, las píldoras farmacéuticas, la nieve producida por una avalancha, etc. En condiciones de agitación violenta los granos se comportan de modo análogo a como lo hacen las moléculas de un gas, constituyendo así lo que se denomina “gas granular”. Ahora bien, el carácter inelástico de las colisiones entre estas partículas granulares les confiere unas propiedades distintivas no presentes en los gases de partículas elásticas. Las imágenes muestran dos de estas manifestaciones: aparición de patrones ordenados (red de “oscilones”) en un medio granular poco profundo y agitado por debajo (imagen de la izquierda) y aparición espontánea de regiones inhomogéneas (imagen de la derecha).
- En la figura se muestran cinco momentos ("fotografías") de la evolución de un sistema en donde partículas A (rojas) y B (azules) reaccionan aniquilándose: A+B-->"nada". La reacción se produce cuando una partícula de una especie (digamos A) llega a la posición que ocupa una partícula de otra especie (digamos, B). Las partículas se mueven por difusión (no hay otro mecanismo de mezcla mejor). Inicialmente las partículas están distribuidas al azar de forma homogénea. A medida que pasa el tiempo se forman regiones ricas en partículas de una sola especie. Esta segregación/separación de las especies conlleva un cambio (de hecho, una disminución) en la velocidad de reacción, es decir, el número de partículas que se aniquilan por unidad de tiempo. ¿Cuál es esta velocidad de reacción? ¿Como depende del tiempo, del medio, de la distribución de las partículas, de su movilidad,.....? El sistema que se ha descrito es un ejemplo muy simple de lo que se conoce como reacciones limitadas por difusión (“limitadas por difusión” porque la difusión es el mecanismo más influyente en su dinámica). Estas reacciones son características de los medios desordenados típicos de los organismos vivos. Un ejemplo: reacciones que se producen en el seno “viscoso” (como el citoplasma) de las células vivas.
- A pesar de que los líquidos (al contrario que los sólidos) son homogéneos (todos los puntos son equivalentes) e isótropos (todas las direcciones del espacio son equivalentes), no están carentes de una cierta “estructura”. Así, por ejemplo, si nos imagináramos “sentados” encima de una molécula y observáramos la distribución de moléculas a nuestro alrededor, notaríamos distancias a las que hay un exceso de partículas, alternadas con distancias a las que hay un defecto. Esto viene medido por la función de correlación g(r), que se muestra a la derecha para el caso del agua. Esta función puede medirse mediante experimentos de difracción de rayos X o de neutrones (imagen izquierda).
- Desordenar un material puro puede cambiar sus propiedades y en algunos casos hacerlos mucho más atractivos en aplicaciones tecnológicas. Podemos citar, como ejemplo, que en presencia de un campo eléctrico los superconductores desordenados mantienen la conducción de corriente sin resistencia mientras que los superconductores puros generan resistencia. Los sistemas frustrados son sistemas con una serie de ligaduras que hacen que los vínculos energéticos no se puedan satisfacer de manera conjunta. Su significado en física es el mismo que en la vida diaria. Esto hace que estos sistemas presenten un gran número de mínimos de energía que hacen que su comportamiento se complique bastante. Si añadimos desorden y frustación obtendremos un sistema denominado "sistema complejo".
- Caracterización del daño por contacto en materiales para aplicaciones biomédicas. Gracias a los avances en medicina, la expectativa de vida es cada vez mayor. Sin embargo, se producen fallos en diferentes partes del cuerpo que necesitan ser sustituidas por prótesis. En la transparencia se ilustran algunas de las más representativas (prótesis de cadera, implantes orales y válvula cardiaca). Desafortunadamente, las prótesis pueden fallar, una vez implantadas, debido a múltiples causas entre las que destacan la falta de biocompatibilidad y los fallos mecánicos. Estos últimos se producen porque la prótesis está sometida a fuerzas debido a que está en contacto con otras piezas. Para seleccionar los materiales más adecuados para fabricar una determinada prótesis, a fin de evitar su fallo mecánico, es necesario simular en el laboratorio la situación en la que la prótesis va a encontrarse en condiciones de servicio. Para ello se utiliza un dispositivo experimental, del que se muestra un detalle en la fotografía de la transparencia, que permite aplicar una fuerza sobre la superficie del material que se está ensayando utilizando un impresor esférico (en la fotografía se aprecia el impresor esférico, que en este caso es de carburo de wolframio, en contacto con una muestra de óxido de zirconio).
- Propiedades mecánicas de materiales cerámicos a temperaturas elevadas. En numerosas aplicaciones tecnológicas (nuclear, espacial, aeronáutica, etc.) los materiales constituyentes operan bajo condiciones muy adversas (temperaturas extremas, presiones elevadas, ambientes químicamente agresivos, etc.) que pueden provocar su deterioro. En las últimas décadas se han realizado grandes esfuerzos encaminados al diseño de nuevos materiales que soporten tales condiciones. A este respecto los materiales cerámicos constituyen una alternativa excelente debido a su estabilidad a alta temperatura, gran resistencia a la erosión, inercia química, etc. En la parte izquierda de la transparencia se ilustran algunas de las aplicaciones en las que los materiales cerámicos están sometidos simultáneamente a temperaturas elevadas y presiones de contacto. El objetivo de esta línea de investigación es el estudio del daño generado por contacto a alta temperatura en materiales cerámicos. Para ello se utiliza una máquina de ensayos, que permite aplicar de forma controlada presiones sobre el material en estudio, a la que se ha incorporado un horno de forma que los ensayos se puedan realizar a temperaturas comprendidas entre temperatura ambiente y 1500 ºC. En la parte derecha de la transparencia se muestra una fotografía de la máquina de ensayos con el horno incorporado.
- El ascenso de líquidos por capilares es un fenómeno presente en innumerables sistemas naturales, desde la savia en los árboles a la infiltración de agua, y pesticidas, en el suelo o a la penetración de la humedad por las paredes y cimientos de los edificios. En un medio poroso el líquido se desplaza de un modo similar a como lo haría si tuviera que hacerlo por un haz de capilares de unas ciertas dimensiones, y este movimiento depende, principalmente, de las propiedades de la superficie de los gránulos del sólido y de las características del líquido. Por este motivo, el análisis del desplazamiento de un líquido puro en el medio poroso permite conocer las propiedades de la superficie del sólido. Sin embargo, cuando el líquido no es puro, sino una disolución de solutos superficialmente activos, existen algunos aspectos para la comprensión básica de este fenómeno que no están suficientemente claros, y sobre los que se está trabajando en este grupo de investigación
- De modo similar a como ocurre en las conducciones de agua, líneas de manipulación de alimentos, etc., la principal causa de las infecciones que aparecen relacionadas con la presencia de implantes, prótesis, sondas, etc. es la formación sobre la superficie de estos dispositivos de una biocapa de microorganismos que los hace muy resistentes a los antibióticos e incluso a la abrasión mecánica. Si la biocapa se llega a formar el único remedio eficaz de cara al paciente es la sustitución de la sonda o el implante contaminado por uno nuevo, por lo que la mejor solución es tratar de evitar que la biocapa se establezca, disminuyendo lo más posible la adhesión inicial de los microorganismos a los dispositivos. En esta línea de investigación estudiamos las interacciones que predominan en la adhesión inicial de algunos microorganismos oportunistas a biomateriales a partir del características de las superficies de ambos, microorganismos y biomateriales. El objetivo es predecir la respuesta ante la presencia de bacterias de diferentes biomateriales.
- El laboratorio existente en el Departamento de Física de la UEX está capacitado para la medida de actividades alfa, beta o gamma en prácticamente cualquier tipo de muestra (sólida, líquida e incluso medidas del gas radiactivo radón por técnicas indirectas). En las figuras se muestra una foto del captador de aerosoles que toma muestras semanalmente las 24 horas del día los 365 días del año, desde 1992; cada semana se reemplaza el filtro de celulosa y el cartucho de carbón activo y se analizan en el laboratorio. A parte de medir la calidad del aire, detectaría productos de fisión radiactivos procedentes de un accidente nuclear. Otra de las fotos se dedica a la toma de muestras de todo tipo de aguas (superficiales, subterráneas, potables, de lluvia, etc.), que también llevamos a cabo; de hecho, el mapa de Extremadura indica una campaña de medida de aguas de pozos, fuentes, manantiales y balnearios que se ha llevado a cabo por nuestro equipo durante 2003. La foto restante muestra uno de los aparatos existente en el laboratorio, en concreto un espectrómetro de centelleo líquido para la medida de actividades alfa y beta. En la foto, Adelaida.
- El núcleo de los átomos sigue siendo, en muchos aspectos, un desconocido, ya que ignoramos la forma del potencial de interacción (a diferencia de lo que ocurre en Física Atómica). En este sentido son muchas las experiencias que tienen que seguirse llevando a cabo para estudiar los procesos y propiedades que tienen lugar a escala subatómica (nuclear). Uno de estos procesos es la emisión de partículas alfa por los núcleos, en el que trabaja nuestro grupo de investigación. Esta tarea puede ser encasillada dentro de lo que llamaríamos investigación básica. Dos de las fotos muestran diversos aparatos propios de instrumentación nuclear para el estudio de las emisiones de partículas alfa. El esquema de desintegración corresponde al último estudio realizado, en el que se han revisado (y modificado) los datos nucleares existentes sobre U-235, especie nuclear de gran importancia práctica por ser el combustible utilizado en reactores nucleares para la producción de energía. Otra foto muestra el final de las líneas del haz del Centro Nacional de Aceleradores de Sevilla, con el que nuestro grupo ha colaborado en diversas experiencias tanto de investigación básica como aplicada.
- Las Redes Neuronales son un método muy útil de aprovechar los principios de las neuronas naturales del cerebro para intentar procesar la información de manera más “inteligente” en las máquinas. Se emplean en reconocimiento de letras, caras, objetivos, etc., así como en conducción de trenes, aviones o automóviles y de todo tipo de vehículos (incluso los interplanetarios). Aun estamos lejos de llegar al tope de posibilidades, pero poco a poco, cada día caen más actividades en su campo de acción. En el laboratorio de Inteligencia Artificial de la UEx, más de 40 PCs forman una red en la que se ha hecho funcionar un Sistema de Inteligencia Artificial. Está formado por Neuronas que funcionan como las naturales. Para ver una demostración de reconocimiento de caracteres, hacer clic sobre el espacio en blanco.